Millionen Schwarzer Löcher mit wenigen Sonnenmassen dürften als Überreste massereicher Sterne in der Milchstraße zu finden sein. In den Zentren von Galaxien hingegen finden sich wahre Schwerkraftmonster mit der Masse von Hunderten Millionen Sonnen. Doch für eine Art Mittelklasse-Schwarzes Loch fehlten die Beweise - bis jetzt.

Röntgenaufnahme des Zentrums der Galaxie M82. Die Bilder zeigen die Region im Abstand von drei Monaten. Das grüne Kreuz markiert das dynamische Zentrum der Galaxie. Die Änderung der Helligkeit der Quelle M82 X-1 ist deutlich zu erkennen. Foto: NASA / SAO / CXC

Gibt es Schwarze Löcher, deren Massen im Bereich zwischen den stellaren Schwarzen Löchern und den supermassereichen Schwarzen Löchern liegt? Bislang fehlten hierfür eindeutige Beweise. Doch in der Galaxie M82 fanden nun amerikanische Astronomen Indizien für ein "mittelschweres" Schwarzes Loch. Aufgefallen war die Quelle den Astronomen schon 1999, als das Röntgenteleskop Chandra einen dramatischen Helligkeitsanstieg der Röntgenquelle M82 X-1 innerhalb von drei Monaten beobachtete – ein typisches Zeichen für die Aktivität eines Schwarzen Lochs (astronews.com berichtete).

Schwarzer Löcher sind so dicht und ihre Anziehungskraft ist so stark, dass nichts - auch nicht das Licht - aus ihnen entweichen kann. Deshalb erscheinen sie schwarz. Aber wenn Materie in sie herein stürzt, wird diese extrem aufgeheizt und leuchtet hell auf.

Ein Team unter der Leitung von Philip Kaaret von der University of Iowa fand jetzt mit dem Rossi X-ray Timing Explorer der NASA Hinweise auf einen Stern, der ein mittelschweres Schwarze Loch umkreist. "Innerhalb von 62 Tagen schwankt die Röntgenhelligkeit regelmäßig. Ursache ist wahrscheinlich ein Begleitstern, der das Loch umkreist," erklärt Melanie Simet, Studentin an der University of Iowa. Damit war der erste Schritt getan, die Masse des Schwarzen Lochs exakt zu bestimmen. Was nun fehlt, ist die Bestimmung der Geschwindigkeit des Sterns, denn dann lässt sich über die Newtonschen Bewegungsgesetze die Masse des Lochs berechnen.

Die Bestimmung der Geschwindigkeit des Sterns ist allerdings nicht leicht: M82 X-1 befindet sich in einem ultradichten Sternhaufen mit etwa einer Millionen Sternen, die sich in einem Gebiet von nur 100 Lichtjahren befinden. Außerdem gibt es in dieser Region viel Staub, der den Blick auf den Stern stark behindert.

Doch auch allein mit den vorhandenen Daten sind die Astronomen in Sachen "Mittelklasse-Schwarzes Loch" ein großen Schritt weiter: Denn der Ort, an dem M82 X-1 entdeckt wurde, passt exakt zur momentan favorisierten Theorie über die Entstehung mittlerer Schwarzer Löcher: In solchen ultradichten Sternhaufen sollten sich in relativ kurzer Zeit durch viele Sternkollisionen sehr kurzlebige, gigantische Sterne bilden, die als Schwarze Löcher mit rund 1.000 Sonnenmassen enden. Ein ideales Umfeld also für ein Schwarzes Loch der Mittelklasse.

Der Begleitstern von M82 X-1 muss sich ebenfalls in einem fortgeschrittenen Entwicklungszustand befinden. Die Daten deuten auf einen so genannten Überriesen hin. Das sind Sterne am Ende ihres Daseins, die sich im Laufe der Zeit kräftig aufgebläht haben. Dadurch sind die äußeren Bereiche nur noch schwach gebunden. Ein zusätzlich vorhandener kräftiger Sternwind sorgt für einen permanenten Massenverlust. Damit kann das Schwarze Loch einen Teil des abströmenden Gases einfangen, das dann zu leuchten beginnt.

"Mit der Entdeckung der Umlaufperiode besitzen wir endlich eine stimmiges Bild über die Entwicklung Schwarzer Löcher mittlerer Masse in Doppelsystemen," erklärt Philip Kaaret. "Sie entstehen in superdichten Sternhaufen. Ein Schwarzes Loch fängt dann einen Stern ein, der sich bis zum Riesenstadium entwickelt. Dann können wir das Loch als extrem helle Röntgenquelle sehen, weil es vom Begleitstern gefüttert wird."